تحليل و شبيه سازي ليزرهاي نقطه كوانتومي گسيل از سطح با كاواك عمودي با در نظر گرفتن اثر تزريق نوري

Analysis and Simulation of Quantum Dot Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (QD-VCSELs) by Considering Optical Injection Effect

در اين مقاله، براي نخستين بار مشخصات ديناميكي ليزرهاي نقطه كوانتومي گسيل از سطح با كاواك عمودي در شرايط قفل‌شدگي تزريق نوري به صورت تئوري بررسي‌شده است. با استفاده از معادلات نرخ توصيف كننده ديناميك الكترون و حفره به ‌طور جداگانه، در ناحيه سدي GaAs، لايه خيسي و ترازهاي مجزاي نقاط كوانتومي به صورت جفت شده با معادله حرارت، ديناميك روشن‌ شدن، پاسخ سيگنال كوچك و سيگنال بزرگ ليزر قبل از تزريق نوري به‌صورت عددي شبيه‌سازي شده است. با اضافه كردن معادلات دامنه و فاز ميدان ليزر پيرو به معادلات نرخ ليزر نقطه كوانتومي گسيل از سطح با كاواك عمودي ، مشخصات ديناميكي ليزر تزريق‌شده نوري محاسبه مي‌گردد. نشان داده مي‌شود كه در نتيجه تزريق نوري، رفتار ديناميكي متفاوت الكترون و حفره همگام‌شده، فركانس مدولاسيون افزايش يافته، چرپ ليزر به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد و ليزر عملكرد مطلوبي در فركانس‌هاي تكرار بيشتر از فركانس نوسانات واهلشي (حدود 22 گيگا‌هرتز) از خود نشان مي‌دهد.

In this paper, for the first time, the dynamic characteristics of optical injection locking vertical cavity surface emitting laser (OIL-QD-VCSEL) are investigated theoretically. By using the rate equations for dynamics of electrons and holes at GaAs barrier, wetting layer (WL), and three discrete QD levels and the heat equation, turn-on dynamics and also the small and large signal responses of laser without optical injection are numerically simulated. By adding the equations for the amplitude and phase of the QD-VCSEL field to the system of equations, the dynamic characteristics of optical injected laser are calculated. It is shown that due to optical injection, the electron and hole dynamics in QDs are synchronized, the modulation frequency is enhanced, the chirp is significantly reduced and QD-VCSEL manifests a high performance at the repetition frequency more than relaxation oscillation frequency (about 22 GHz).